WO2013029561A1

WO2013029561A1 - 用于通信系统的线性预编码的方法和装置

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Publication number: WO2013029561A1
Application number: PCT/CN2012/080870
Authority: WO
Inventors: 董明杰; 程瑶; 李胜; 罗默⋅弗洛里安; 张建树; 哈特⋅马丁; 宋斌
Original assignee: 华为技术有限公司
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-03-07
Also published as: CN102957502B; CN102957502A

Abstract

本发明公开了一种用于通信系统的线性预编码的方法和装置。该方法包括：根据与第i个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM 的初始值 D _i ⁽⁰⁾；根据第 p-1 次迭代中该第i 个用户设备的 RBFM D _i ^(p-1)，确定第 p 次迭代中该第i个用户设备的等效联合信道补矩阵 Ĥ _ei ^(p)，其中 p 为自然数；获取构成该等效联合信道补矩阵 Ĥ _ei ^(p)的左零陷空间的右奇异向量集合，并将该右奇异向量集合式I，设置为第 p 次迭代中该第i个用户设备的发射波束成形矩阵 TBFMF _i ^(p)；根据收敛规则将该第i 个用户设备的 TBFM F _i ^(p)设置为该第i个用户设备的预编码矩阵 F _i。本发明实施例的方法和装置能够快速且简单地获取预编码矩阵，并能够增加系统的吞吐量，提升系统性能。

Description

用于通信系统的线性预编码的方法和装置技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及通信领域中用于通信系统的线性预编码的方法和装置。背景技术

由于多输入多输出（ Multiple-Input Multiple-Output, 筒称为 "MIMO" ) 系统中的空分复用接入（ Space Division Multiple Access , 筒称为 "SDMA" ) 带来的系统增益潜力 4艮大，因此多用户（Multiple User,筒称为 "MU" )MIMO 成为近年来研究的热点。

MIMO技术首先被应用于单用户系统中，在所有发送天线和接收天线上的联合处理带来 MIMO增益。但是，当 MIMO技术应用到 MU场景时，用户之间无法协调是一个关键问题。对于蜂窝网络中的上下行通信而言，在上行通信中，多个用户同时同频给基站发送信息，基站可以采用类似于多用户检测（ Multiple User Detection, 筒称为 "MUD" )技术来分离不同用户的信号；在下行传输中，基站同时发送信号给用户。因此，在每个用户的接收信号中，有一部分就是其他用户信号带来的用户间干扰。尽管在理论上用户可以通过采用多用户检测 MUD的多用户干扰 ( Multi-User Interference , 筒称为 "MUI" ) 消除技术，但是考虑到用户低功耗、低复杂度、低成本的要求，通常期望在基站侧消除 MUI。

在基站侧可以通过线性和非线性预编码技术来消除用户间的干扰。线性预编码技术具有低计算复杂度的特点，并且在信道状态信息（Channel State Information, 筒称为 "CSI" ) 不完备的情况下，具有良好的稳健性；而非线性预编码技术相对于线性预编码技术，具有更高的计算复杂度，并且对 CSI 的准确性很敏感。然而，现有技术中的线性预编码方法通常比较复杂，并且要求发射天线的数量大于接收天线的数量。

当前的研究中提出了一种不限制接入点（Access Point, 筒称为 "AP" ) 和终端用户的接收天线个数的无线通信系统。在该专利中，为了打破发射天线的数量必须大于接收天线的数量的限制，采用由终端用户发送的训练序歹 ij , AP产生的接收系数矩阵（Receive Coefficient Matrix, 也称为接收波束成形矩阵（Receive Beamforming Matrix, 筒称为 "RBFM" ) ) , 并且当接收天线的数量不超过发送天线的数量时，该接收系数矩阵乘以信道矩阵以用来形成一个等效发送系数矩阵。采用这种方法可以用来消除多用户间的干扰。因此，可以计算出发送系数矩阵 A。接着，在消除多用户干扰之后的等效单用户传输中，采用 MIMO传输策略获取接收系数矩阵 V和 U。在用户侧，需要知道接收系数矩阵 B和 U才可以进行数据的恢复。但在发送数据之前，发射端必须将接收系数矩阵发送给接收端用户。因此，该方法虽然能够打破对天线数量的限制，但是该方法较复杂，系统开销^艮大，并容易导致通信时间和频率资源的浪费。

因此，需要一种筒单且快速地线性预编码方法，并且该线性预编码方法对发射端和接收端的天线的数量没有限制。发明内容

本发明实施例提供了一种用于通信系统的线性预编码的方法和装置，能够快速且筒单地获取预编码矩阵，并且对发射端和接收端的天线的数量没有限制。

一方面，本发明实施例提供了一种用于通信系统的线性预编码的方法，该通信系统包括具有个发射天线的基站以及 Κ个用户设备，该 Κ个用户设备中的第个用户设备具有 Μ 个接收天线， =1、 2 Κ, 其中 Μ_τ、 Κ、

Μ 为自然数，该方法包括：根据与该第个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM的初始值根据第 P-1次迭代中该第 i个用户设备的 RBFM l -¹) , 确定第 ρ次迭代中该第 i个用户设备的等效联合信道补矩阵 , 其中 p为自然数；通过对该第个用户设备的等效联合信道补矩阵 ^进行奇异值分解，获取构成该等效联合信道补矩阵 ^的左零陷空间的右奇异向量集合 ί^'。)，并将该右奇异向量集合设置为第 ρ次迭代中该第 i个用户设备的发射波束成形矩阵 TBFM ；根据收敛规则将该第 i个用户设备的 TBFM 设置为该第 i个用户设备的预编码矩阵^。

另一方面，本发明实施例提供了一种用于通信系统的线性预编码的装置，该通信系统包括具有 ^^个发射天线的基站以及 K个用户设备，该 Κ个用户设备中的第个用户设备具有 Μ 个接收天线， =1、 2 Κ,其中 Μ_τ、

Κ、 Μ 为自然数，该装置包括：第一设置模块，用于根据与该第个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM的初始值/) ；第一确定模块，用于根据第 P-1次迭代中该第个用户设备的 RBFM

, 确定第 p次迭代中该第个用户设备的等效联合信道补矩阵其中 p为自然数；第二设置模块，用于通过对该第一确定模块确定的该第 i 个用户设备的等效联合信道补矩阵 ^进行奇异值分解，获取构成该等效联合信道补矩阵 )的左零陷空间的右奇异向量集合 , 并将该右奇异向量集合设置为第 p次迭代中该第 i个用户设备的发射波束成形矩阵 TBFM Ff^p)；第二确定模块，用于根据收敛规则将该第二设置模块设置的该第 i个用户设备的 TBFM 确定为该第 i个用户设备的预编码矩阵。

基于上述技术方案，本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法和装置，通过根据用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵的初始值，能够快速且筒单地获取预编码矩阵，并能够增加系统的吞吐量，降低系统计算复杂度，对发射端和接收端的天线的数量也没有限制，从而能够全面提升系统的性能。附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作筒单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1是根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法的示意性流程图。

图 2是根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法的应用场景示意图。

图 3是根据本发明实施例的方法进行仿真的示意性框图。

图 4 是根据本发明实施例的系统吞吐量的互补累计分布函数比较曲线图。图 5是根据本发明实施例的迭代次数的互补累计分布函数比较曲线图。图 6是根据本发明实施例的有效信干噪比的互补累计分布函数比较曲线图。

图 7A和 7B是根据本发明实施例的调制编码机制选择的概率比较曲线图。

图 8是根据本发明另一实施例的系统吞吐量的互补累计分布函数比较曲线图。

图 9A和 9B是根据本发明另一实施例的调制编码机制选择的概率比较曲线图。

图 10是根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的装置的示意性框图。具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

应理解，本发明的技术方案可以应用于各种通信系统，例如：全球移动通讯（Global System of Mobile communication, 筒称为 "GSM" )系统、码分多址（Code Division Multiple Access, 筒称为 "CDMA" ) 系统、宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access, 筒称为 "WCDMA" )系统、通用分组无线业务（General Packet Radio Service, 筒称为 "GPRS" )、长期演进（ Long Term Evolution, 筒称为 "LTE" ) 系统、 LTE频分双工（ Frequency Division Duplex,筒称为 "FDD" )系统、 LTE时分双工（ Time Division Duplex, 筒称为 "TDD" )、通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunication System, 筒称为 "UMTS" )、无线局域网系统 (Wireless Local Access Network 筒称为 WLAN)等。

还应理解，在本发明实施例中，用户设备（ User Equipment,筒称为 "UE" ) 可称之为终端（Terminal ), 移动台（Mobile Station, 筒称为 "MS" )、移动终端（Mobile Terminal ), 站点（Station )等，该用户设备可以经无线接入网 ( Radio Access Network, 筒称为 "RAN" )与一个或多个核心网进行通信，例如，用户设备可以是移动电话（或称为 "蜂窝" 电话）、具有移动终端的计算机等，例如，用户设备还可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置，它们与无线接入网交换语言和 /或数据。

在本发明实施例中，基站可以是 GSM 或 CDMA 中的基站（Base Transceiver Station, 筒称为 "BTS" ), 也可以是 WCDMA中的基站（ NodeB, 筒称为 "NB" ), 还可以是 LTE中的演进型基站（Evolutional Node B, 筒称为 "ENB或 e-NodeB" ), 还可以是 WLAN中的接入点（Access Point 筒称 AP )本发明并不限定。但为描述方便，下述实施例将以基站 NB和用户设备 UE为例进行说明。

图 1示出了根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法 100 的示意性流程图。如图 1所示，该方法 100应用的通信系统包括具有 1个发射天线的基站以及 K个用户设备，该 K个用户设备中的第 i个用户设备具有 Μ 个接收天线， =1、 2 K, 其中 Μ_τ、 K、 Μ 为自然数，该方法 100 包括：

S110,根据与该第个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵（Receive Beamforming Matrice, 筒称为 "RBFM" ) 的初始值 ;

S120, 根据第 P-1次迭代中该第 i个用户设备的 RBFM D ) , 确定第 p 次迭代中该第 i个用户设备的等效联合信道补矩阵 ^ , 其中 p为自然数； S130, 通过对该第个用户设备的等效联合信道补矩阵 ^进行奇异值分解，获取构成该等效联合信道补矩阵、的左零陷空间的右奇异向量集合 , 并将该右奇异向量集合设置为第 p次迭代中该第 i个用户设备的发射波束成形矩阵（ Transmit Beamforming Matrice , 筒称为 "TBFM" ) ； S140, 根据收敛规则将该第个用户设备的 TBFM 设置为该第个用户设备的预编码矩阵^。

在本发明实施例的方法中，对于特定用户设备而言，首先设置该用户设备的当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM的初始值，根据该 RBFM的初始值，可以计算出第一次迭代过程中该用户设备的等效联合信道补矩阵，并通过对该等效联合信道补矩阵进行奇异值分解（ Singular Value Decomposition, 筒称为 "SVD" ), 可以获取第一次迭代过程中该用户设备的发射波束成形矩阵 TBFM, 如果第一次迭代过程后不满足收敛规则，则进行下一次迭代过程，直至收敛规则得到满足，将该迭代过程中得到的发射波束成形矩阵 TBFM设置为该用户设备的预编码矩阵。应理解，在下一次迭代过程中需要使用的接收波束成形矩阵 RBFM, 可以在确定前一次迭代过程是否满足收敛规则之前或之后进行计算。由于该方法采用的 RBFM的初始值考虑了与当前子载波相关的子载波的信道特性，即考虑了相关子载波的信道相关性，从而能够加速迭代过程，减小迭代次数，由此筒化方法的复杂度。

因此，本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法，通过根据用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵的初始值，能够快速且筒单地获取预编码矩阵，并能够增加系统的吞吐量，降低系统计算复杂度，对发射端和接收端的天线的数量也没有限制，从而能够全面提升系统的性能。

下面将结合图 2所示的应用场景，对根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法进行详细说明。

如图 2所示，本发明实施例应用的通信系统包括具有 Μ_τ个发射天线的基站，以及 K个用户设备，该 K个用户设备中的第个用户设备具有 _¾个接收天线，该 K个用户设备具有的接收天线的总数为 Μ_β ,其中， =1、 2

Κ, Μ_τ、 Κ、 Μ 为自然数， ^可以由下列等式（1 )确定：

M_R =∑M_Ri ( 1 ) =1

应理解，该通信系统可以包括一个基站，该基站具有 Μ_τ个发射天线，该通信系统也可以包括两个或两个以上的基站，这些基站总共具有 Μ_τ个发射天线。

如图 2所示，第个用户设备的发送信号定义为维的向量^，其中 /；是发送给第个用户设备的数据流的个数。 K个向量可以由下列等式（2 )表示：

X = [x χ₂ ^Ύ … Jc^]^T e ^rxl ( 2 ) 其中， _r = j^ 。

i=l

联合预编码矩阵可以由下列等式（3 )表示：

F = [F₁ F₂ ■■■ F_K] G C^MTXr ( 3 ) 其中，为第个用户设备的预编码矩阵，并且满足 e C^M^。

iii.设该通信系统是正交频率复用 ( Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, 筒称为 "OFDM" ) 系统，那么在给定频率且给定时间下，第 i个用户的信道矩阵 H,满足 H, _e C , 并且 K个用户设备的联合信道矩阵可以由下列等式（4 )确定：

应理解，本发明实施例仅以 OFDM 系统为例进行说明，但是本发明并不限于此，本发明实施例还可以应用于其它通信系统。

在用户设备侧，联合块对角化解码矩阵（ Joint Block-Diagonal Decoding Matrix )可以由下列等式（5 )确定：

其中，第 i个用户设备的解码矩阵/) _;满足 e CT'^xMs'

因此，联合接收向量可以由下列等式（6 )确定：

y = D (H F x + n) ( 6 ) 其中， y = [yl l e ^rxl , 第 i个用户设备的接收向量满足 y_t C^r'^xl , n = · · · n n. Ί^Τ e C^M^ , «_;为第 i个用户设备的接收天线的零均值加性高斯白噪声。下面将结合图 1所示的方法，详细描述如何获取第个用户设备的预编码矩阵。

在 S110中，根据与该第个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM的初始值/) 可选地，如果该当前子载波不是该第个用户设备的第一个子载波，则将该当前子载波的 RBFM的初始值/) ^设置为用于确定与该当前子载波相邻的子载波的预编码矩阵的 RBFM。如果该当前子载波是该第 i个用户设备的第一个子载波，则 RBFM的初始值可以设置为随机矩阵。

在本发明实施例中，如果该当前子载波不是该第个用户设备的第一个子载波，则将该当前子载波的 RBFM的初始值/) i^Q)可以设置为用于确定与该当前子载波具有相关性的任意子载波的预编码矩阵的 RBFM。例如，将当前子载波的 RBFM的初始值设置为用于确定与当前子载波相隔一个或一个以上的子载波的预编码矩阵的 RBFM。优选地，将该当前子载波的 RBFM的初始值设置为用于确定与该当前子载波相邻的子载波的预编码矩阵的 RBFM。

在本发明实施例中，应理解，如果经过 p次迭代后可以确定子载波的预编码矩阵，那么用于确定与该当前子载波相邻的子载波的预编码矩阵的 RBFM, 包括第 p次迭代计算的接收波束成形矩阵 RBFM, 即根据确定的预编码矩阵计算得到的 RBFM, 也包括第 P-1次迭代计算的接收波束成形矩阵 RBFM, 以及前 p-2次迭代计算得到的其它 RBFM。优选地，在本发明实施例中，用于确定与该当前子载波相邻的子载波的预编码矩阵的 RBFM为根据确定的预编码矩阵计算得到的接收波束成形矩阵 RBFM, 即第 p次迭代计算的接收波束成形矩阵 RBFM。

应理解，所谓与当前子载波相邻的子载波指的是与当前子载波在频率上处于前后位置的子载波。

尽管对于 802.11ac中的信道模型 D的研究表明， 802.11ac系统中存在很大的频率选择性衰落，但是子载波之间的信道特性还是有一定的相关性。因此，在本发明实施例的方法中，接收波束成形矩阵 RBFM的初始值的设置考虑了相邻载波之间信道的相关性，从而大大减小了收敛规则得到满足之前进行的迭代次数，降低了方法的复杂度，并且还能够全面提升系统的性能。

在 S120中，根据第 p-1次迭代中该第个用户设备的 RBFM , 确定第 ρ次迭代中该第 i个用户设备的等效联合信道补矩阵该等效联合信道补矩阵 ^由下列等式（7 )确定：

H(f) · · · HH、 H⁽f.),、 · · · H⁽ 其中，第 p次迭代中所述第 i个用户设备的等效信道矩阵

, 为所述第 i个用户设备的信道矩阵， p为自然数。即对于第 i个用户设备而言，从第 p次迭代中的等效联合信道矩阵 H 中去除第 i个用户设备的等效信道矩阵，就可以获取第 p 次迭代中该用户设备的等效联合信道补矩阵 , 该等效联合信道矩阵 H 由下列等式（8 )确定：

应理解，第个用户设备的信道矩阵可以根据标准协议，通过用户设备反馈给基站而获取，或者在用户设备的发送端上直接进行估计得到，例如在 TDD 系统中，用户设备直接根据信道状态估算得到该用户设备的信道矩阵。

在本发明实施例中，可选地，如果该第个用户设备采用最小均方误差 ( Minimum Mean-Square-Error, 筒称为 "MMSE" )接收器，则该第 i个用户设备的接收波束成形矩阵 RBFM 由下列等式（9 )确定：

其中， Τ^-¹)为第 P-1 次迭代中该第 i 个用户设备的发射波束成形矩阵 TBFM, σ„²为接收天线的噪声功率， /_Μκ为 M^ x Mw维单位矩阵；

可选地，如果该第个用户设备采用最大比合并 MRC接收器，则该第个用户设备的 RBFM 由下列等式（10 )确定：

= ( 10 ) 应理解，第 p-1次迭代中该第 i个用户设备的 RBFM 可以在第 p-1 次迭代过程中，在确定第 p-1次迭代是否满足收敛条件之前或之后进行计算，当然也可以在第 p次迭代过程中，根据第 p-1次迭代过程的结果进行计算，本发明实施例对此并不限定。

在 S130中，对该第 i个用户设备的等效联合信道补矩阵进行奇异值分解，即该等效联合信道补矩阵 ( °可以由下列等式（11 )确定：

其中，对 ^进行奇异值分解后得到的 υ矩阵的列称为左奇异向量, 得到的 V矩阵 ¾-⁰⁾ ]列称为右奇异向量，其中， '¹)表示的是前 ζ个

右奇异向量， ¾^表示的是后 ( Μ_Γ - ζ )个右奇异向量，这（ M_r - ¾ )个右奇异向量构成等效联合信道补矩阵 ^的左零陷空间。

通过对进行奇异值分解，可以获取构成该等效联合信道补矩阵的左零陷空间的右奇异向量集合 ^, 并将该右奇异向量集合 ^设置为第 p次迭代中该第个用户设备的发射波束成形矩阵 TBFM , 即该发射波束成形矩阵 TBFM 可以由下列等式（ 12 )确定：

F^^V^ ( 12 ) 在 S140中，如果收敛规则得到满足，则将该第 i个用户设备的 TBFM 设置为该第个用户设备的预编码矩阵；如果收敛规则仍没有得到满足，则进行下一次迭代。

在本发明实施例中，收敛规则包括用户干扰、 TBFM变化、迭代次数等是否满足相应的阈值。具体而言，如果用户干扰小于或等于第一阈值则可以确定收敛规则得到满足。例如，如果用户干扰 , 则可

以确定收敛规则得到满足，该用户干扰 MU^H^ ^)可以由下列等式（13) 确定：

MUI(H^{W (I} off H: (13) 其中，该。 ff(H^F^W)表示 H^F^W所有非对角线上的元素。应理解，用户干扰 MUI(H_E ^W ( 还可以取值为对 off (H_E ^W ( 取其它范数，而不限于取 F 范数。

如果 TBFM 变化小于或等于第二阈值则可以确定收敛规则得到满足。例如，如果 TBFM 变化 Ζ^-^ ²≤^2, 则可以确定收敛规则得到满

F

足。同样地，也可以对 FW-F^-取其它范数，并用于收敛的判断。

如果迭代次数小于或等于第三阈值 , 则可以确定收敛规则得到满足。例如，如果迭代次数 ρ≤^3, 则可以确定收敛规则得到满足。

在本发明实施例中，可选地，该收敛规则包括多用户干扰 M l(H_e ^{p)F^{p))< ε\、 TBFM变化 < 2和迭代次数 p≤ 3中的至少一个。即可以根据多个收敛规则确定迭代过程是否终止。

在本发明实施例中，可选地，该通信系统的发射天线的数量小于或等于该 K个用户设备的接收天线的总数 M_s。应理解，根据本发明实施例的方法也可以应用于发射天线的数量 Μ_τ大于该 K个用户设备的接收天线的总数 Mj 场景。在本发明实施例中，可选地，该通信系统包括多用户 MU多输入多输出 MIMO多载波系统。

应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

下面将结合图 3至图 9B, 详细说明本发明实施例带来的有益效果。为了进一步说明本发明实施例中的方法的性能，下面给出了采用 MATLAB进行的仿真结果。仿真配置及参数设置按照 IEEE 802.1 lac中的场景 2的规范进行。下面，首先给出场景 2的描述：

场景 #2: 点到多点链路测试

( a ) 5 GHz 频段，不高于 80 MHz 的信道带宽；

( b ) 一个任务组 ac ( TGac )接入点（ Access Point, 筒称为 "AP" )作为源，至少 2个 TGac 终端（ STAs )作为目的接收器（ sinks );

( c )物理层（ Physical layer, 筒称为 "PHY" )信道模型：模型 D; ( d ) AP的位置固定在：（0,0 ) , 两个终端 STA的位置可以是（0,10 ) 和 ( 10,0 )。

因为链路仿真复杂度高，运行时间长，因此采用系统吞吐量来描述所提方法的性能，另外，为了考虑仿真的灵活性，采用链路至系统（ Link-to-System, 筒称为 "L2S" ) 的接口进行系统级仿真。

图 3示出了根据本发明实施例的方法进行系统级仿真的框图，其中虚线框部分表示的是实际的仿真流程，虚线框上面的部分给出的是仿真的准备阶段。首先，设置 OFDM相关的参数、与场景强相关的信道参数、用户设备和天线、协议相关的参数以及仿真的参数等。根据相应的参数设置用于链路至系统映射（Mapping ) 的数据被加载处理。对于每个独立的仿真，都会对应一个与信道和天线参数相关的新的信道实现。调度方法确定了同时同频被服务的用户组和。然后参数设置阶段也会初始化真正的仿真流程，预编码和解码矩阵在通过应用不同的预编码算法在具有完全信道信息（CSI ) H殳前提下计算出来。接下来，获取等效信道矩阵和等效噪声方差矩阵，在所有的空间流上的每个子载波上计算信干噪比（ Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio, 筒称为 "SINR" )。这里链路至系统映射的方法采用的是指数有效信噪比映射 ( Exponential Effective SNR ( Signal-to-Noise Ratio ) Mapping, 筒称为 "EESM" )。通过链路至系统映射，不同预编码方法下的用户设备的吞吐量和系统的吞吐量可以计算出来。

对于场景 2的系统级仿真，假设使用的是 80 MHz发射信道带宽，并且仿真选择了 5 GHz 频带， 5170 MHz - 5270 MHz, 中心频率为 5.21 GHz; 采用 IEEE 802.11ac产生信道模型 D; 假设可以获取良好的发射端信道状态信息（Channel State Information at the Transmitter, 筒称为 "CSIT" ) 和接收端信道状态信息（ Channel State Information at the Receiver, 筒称为 "CSIR" )。因为当前的仿真中只评估 PHY性能，考虑发送物理层协议数据单元（ Physical Layer Protocol Date Unit, 筒称为 "PPDU" )时所带来的开销部分，仿真中物理层服务数据单元（ Physical Layer Service Date Unit, 筒称为 "PSDU" ) 大小设置成 5000 B (字节）。基站和用户之间的距离在信道矩阵产生的时候已经体现了。在仿真参数设置阶段，已经考虑了在多用户传输过程中多个用户设备上的空间流之和最大数是 8。另外，考虑到研究中每个链路都需要支持 MIMO, 因此最大发送和接收天线数应该是 8。发送功率设置成 30 dBm, 并假设室温为 290 K的情况下，计算得到噪声功率密度。在链路自适应中每个调制编码机制（Modulation and Coding Scheme, 筒称为 "MCS" )切换的误包率（Packet Error Rate, 筒称为 "PER" ) 阈值设置成 0.01。

对于具有 8个发射天线的基站以及 4个用户设备的通信系统，每个用户设备具有 4个接收天线，发送给每个用户设备的数据流的数量为 2, 即 K=4,

M_T = S , M_Ri = 4 , r_{i =} 2 , =1、 2 K, 并且空间流的总数为 8 , 图 4示出了根据本发明实施例的系统吞吐量的互补累计分布函数（ Complementary Cumulative Distribution Function, 筒称为 "CCDF" )比较曲线图。在图 4中，曲线 A为根据本发明实施例的方法获得的系统吞吐量的 CCDF曲线图，曲线 B为根据现有技术的方法获得的系统吞吐量的 CCDF曲线图，由图 4可以得知本发明实施例的方法可以获得更大的系统吞吐量，性能更好。

图 5示出了在如图 4所示的通信系统中，根据本发明实施例的迭代次数的互补累计分布函数比较曲线图。其中，曲线 A为根据本发明实施例的方法获得的迭代次数的 CCDF曲线图，曲线 B为根据现有技术的方法获得的迭代次数的 CCDF曲线图，由图 5可以得知本发明实施例的方法的迭代次数更少，计算的复杂度更低。

图 6示出了每个用户设备根据本发明实施例的有效信干噪比的互补累计分布函数比较曲线图，其中曲线 A为根据本发明实施例获取的曲线，曲线 B 为根据现有技术的方法获取的曲线。图 7A示出了每个用户设备根据本发明实施例的调制编码机制选择的概率曲线图，而图 7B示出了每个用户设备根据现有技术的调制编码机制选择的概率曲线图。由图可以得知采用本发明实施例的方法总是会选择最高的 MCS进行通信。

图 8示出了根据本发明另一实施例的系统吞吐量的互补累计分布函数比较曲线图。其中曲线 A1 和 A2 分别为根据本发明实施例的系统吞吐量在 PSDU大小为 50000B和 5000B时的互补累计分布函数曲线图；曲线 B1和 B2分别为根据现有技术的系统吞吐量在 PSDU大小为 50000B和 5000B时的互补累计分布函数曲线图。由图 8可以得知，通过增加 PSDU的大小，可以进一步的增加系统吞吐量，当 PDSU大小为 50000B时，根据本发明实施例甚至可以获得 2.7GHz的系统吞吐量，系统性能更好。

图 9A和 9B分别示出了每个用户设备在 PDSU大小为 50000B时，根据知即使将 PSDU增加到 50000 B时，采用本发明实施例的方法选择 MCS 9 的概率仍然^艮高，大约为 90%, 并且能够进一步降低复杂度。

上文中结合图 1至图 9Β, 详细描述了根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法，下面将结合图 10,详细描述根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的装置。

图 10 示出了根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的装置 500的示意性框图。该通信系统包括具有个发射天线的基站以及 Κ个用户设备，该 Κ个用户设备中的第个用户设备具有个接收天线， =1、 2、 ...、 Κ, 其中 Μ_τ、 Κ、为自然数，如图 10所示，该装置 500包括：

第一设置模块 510, 用于根据与该第个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM的初始值 ί⁰⁾ ;

第一确定模块 520,用于根据第 P-1次迭代中该第个用户设备的 RBFM , 确定第 p次迭代中该第个用户设备的等效联合信道补矩阵其中 p为自然数；

第二设置模块 530, 用于通过对该第一确定模块确定的该第个用户设备的等效联合信道补矩阵 )进行奇异值分解，获取构成该等效联合信道补矩阵 ^的左零陷空间的右奇异向量集合，并将该右奇异向量集合设置为第 p次迭代中该第 i个用户设备的发射波束成形矩阵 TBFM F_t ^M；第二确定模块 540, 用于根据收敛规则将该第二设置模块设置的该第 i 个用户设备的 TBFM 确定为该第个用户设备的预编码矩阵。

本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的装置，通过根据用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵的初始值，能够快速且筒单地获取预编码矩阵，并能够增加系统的吞吐量，降低系统计算复杂度，对发射端和接收端的天线的数量也没有限制，从而能够全面提升系统的性能。

在本发明实施例中，可选地，如果该第个用户设备采用最小均方误差 MMSE接收器，则该第个用户设备的 RBFM 由下列等式确定：

其中，：⁽ 为第 ρ-1次迭代中该第个用户设备的 TBFM, σ„²为接收天线的噪声功率， /_Μκ为 M Mw维单位矩阵；

如果该第个用户设备采用最大比合并 MRC接收器，则该第个用户设备的 RBFM D ^p-^1]由下列等式确定：

= H^ ^。

在本发明实施例中，可选地，该第一设置模块具体用于：如果该当前子载波不是该第个用户设备的第一个子载波，则将该当前子载波的 RBFM的初始值设置为用于确定与该当前子载波相邻的子载波的预编码矩阵的 RBFM。

在本发明实施例中，可选地，等效联合信道补矩阵由下列等式确定：

H ■(!•+1) H、

其中，第 p次迭代中该第 i个用户设备的等效信道矩阵 H^ = ; H , H 为该第 i个用户设备的信道矩阵。

在本发明实施例中，可选地，该收敛规则包括多用户干扰

MUl(H^{(i,) (i,)}) < ^l , TBFM变化 F F < ε2和迭代次数 p≤ 中的至少一个，该多用户干扰 MUI (H ^(i;) )由下列等式确定：

H⁽f^)T · · · H^{pf · ·· H⁽l 其中，该 off (H^F^(;;))表示 H^F^(;;)所有非对角线上的元素， d、 ε2 , 分别为第一阈值、第二阈值和第三阈值。

在本发明实施例中，可选地，该通信系统的发射天线的数量 1小于或等于该 K个用户设备的接收天线的总数，其中该接收天线的总数由下列等式确定：

M_R =∑M_Ri

i=l 。

在本发明实施例中，可选地，该通信系统包括 MU MIMO多载波系统。根据本发明实施例的装置 500 中的各个模块的上述和其它操作和 /或功能分别为了实现图 1至图 9中的各个方法的相应流程，为了筒洁，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和筒洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括： U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM, Read-Only Memory ), 随机存取存储器（RAM, Random Access Memory ), 磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1、一种用于通信系统的线性预编码的方法，其特征在于，所述通信系统包括具有 Μ_τ个发射天线的基站以及 K个用户设备，所述 K个用户设备中的第个用户设备具有 Μ 个接收天线， =1、 2 K, 其中 Μ_τ、 K、 Μ 为自然数，所述方法包括：

根据与所述第个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置所述当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM的初始值/)

根据第 P-1次迭代中所述第 i个用户设备的 RBFM /^-¹ 确定第 p次迭代中所述第 i个用户设备的等效联合信道补矩阵 , 其中 p为自然数；通过对所述第 i 个用户设备的等效联合信道补矩阵 ^进行奇异值分解，获取构成所述等效联合信道补矩阵、的左零陷空间的右奇异向量集合

, 并将所述右奇异向量集合设置为第 p次迭代中所述第 i个用户设备的发射波束成形矩阵 TBFM ；

根据收敛规则将所述第 i个用户设备的 TBFM 设置为所述第 i个用户设备的预编码矩阵^。

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，如果所述第个用户设备采用最小均方误差 MMSE接收器，则所述第个用户设备的 RBFM 由下列等式确定：

其中，为第 p-1次迭代中所述第 i个用户设备的 TBFM, _σ„²为接收天线的噪声功率， /_Μκ为 Μ _Χ Μ_Κι维单位矩阵；

如果所述第 i个用户设备采用最大比合并 MRC接收器，则所述第 i个用户设备的 RBFM D ^p-¹由下列等式确定：

Η^^ρ-^1]。

3、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述根据与当前子载波相关的子载波的信道特性，设置所述当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM 的初始值/) i^Q) , 包括：

如果所述当前子载波不是所述第个用户设备的第一个子载波，则将所述当前子载波的 RBFM的初始值/) 设置为用于确定与所述当前子载波相邻的子载波的预编码矩阵的 RBFM。

4、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述等效联合信道补矩阵¾^由下列等式确定：

H、 H、 H H、

其中，第 p次迭代中所述第 i个用户设备的等效信道矩阵

, H,为所述第 i个用户设备的信道矩阵。

5、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述收敛规则包括多用户干扰 MUI ( H^MF^M ) < ε1 , TBFM变化 F^(p) -F^(p-^1]f < ε2和迭代次数 p≤ 3中的至少所述多用户干扰 MUliH^{(i)) (i))})由下列等式确定:

Mm[ H^{p)F^{ = \\off [ H^ip)F⁽

其中，所述 off (H^F^W)表示 H^F^W所有非对角线上的元素，

分别为第一阈值、第二阈值和第三阈值。

6、根据权利要求 1至 5中任一项所述的方法，其特征在于，所述通信系统的发射天线的数量^小于或等于所述 Κ个用户设备的接收天线的总数 Μ_β，其中所述接收天线的总数 Μ_β由下列等式确定：

M_R =∑M_Ri。

7、根据权利要求 1至 5中任一项所述的方法，其特征在于，所述通信系统包括多用户 MU多输入多输出 MIMO多载波系统。

8、一种用于通信系统的线性预编码的装置，其特征在于，所述通信系统包括具有 Μ_τ个发射天线的基站以及 K个用户设备，所述 K个用户设备中的第个用户设备具有 Μ 个接收天线， =1、 2 K, 其中 Μ_τ、 K、 Μ 为自然数，所述装置包括：

第一设置模块，用于根据与所述第个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置所述当前子载波的接收波束成形矩阵 RBFM的初始值

D、

第一确定模块，用于根据第 P-1次迭代中所述第 i个用户设备的 RBFM

D ) , 确定第 p次迭代中所述第 i个用户设备的等效联合信道补矩阵 i 其中 p为自然数；第二设置模块，用于通过对所述第一确定模块确定的所述第个用户设备的等效联合信道补矩阵进行奇异值分解，获取构成所述等效联合信道补矩阵的左零陷空间的右奇异向量集合，并将所述右奇异向量集合设置为第 p次迭代中所述第 i个用户设备的发射波束成形矩阵 TBFM 第二确定模块，用于根据收敛规则将所述第二设置模块设置的所述第 i 个用户设备的 TBFM F^^p)确定为所述第 i个用户设备的预编码矩阵 F_t。

9、根据权利要求 8所述的装置，其特征在于，如果所述第个用户设备采用最小均方误差 MMSE接收器，则所述第个用户设备的 RBFM 由下列等式确定：